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电动汽车电机如何选择

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  • 发布时间:2017/10/24 16:53:05
  • 作者:ly_yinhe

  选择纯电动汽车电机类型的关键是电动机的机械特性,电机的机械特性可以用T—n和P—n曲线来表示,并可作为选择电机的参考或依据。在设计与选择电动汽车的驱动电动机时,可以向电动机生产厂家提出所需要的各种性能参数,作为电动机设计的依据。实际上,大多数情况下是电动汽车制造商根据电动机生产厂家提供的技术性能参数选择现成的电动机。可供电动汽车选用电动机的种类繁多,功率覆盖面很广。电动汽车对于驱动电动机的调速范围、可靠性、能够在恶劣环境条件下工作的能力等方面有比较高的要求,因此选择电动汽车电机需要从上述多方面综合考虑。

电动汽车类型选择

01感应电机

  目前电动汽车很大一部分是采用感应电动机作为驱动电动机。感应电动机效率高(90%以上),功率较大,功率因数变化大,转子为鼠笼型结构,适合于高速运转。另外,感应电动机的可靠性高,便于维修,价格便宜。随着功率电子器件和功率变换器的快速发展,感应电动机的控制器采用了矢量控制方法控制的变频器或逆变器,使感应电动机具有更好的可控性和宽广的调速范围。目前已经能够在市场买到不同生产厂家生产的不同规格的效率高、技术性能可靠的感应电动机及变频器或逆变器,可以直接为电动汽车所采用。新型感应电动机的直接转矩控制系统,具有控制简单、动态响应快、调速范围宽等特点。感应电动机的价格比较便宜,但控制系统很复杂,价格也较高。

02永磁电机

  永磁电动机的应用越来越广泛。永磁电动机具有效率高、质量功率较大的特点。永磁电动机的转子没有励磁绕组,可以高速运转,可靠性好,体积小、质量轻,便于维修。采用矢量控制的变频调速系统,使永磁电动机具有宽广的调速范围。永磁电动机的控制系统要比感应电动机的控制系统简单和便宜。永磁电动机的永磁材料强度较差,大功率的永磁电动机所需要的永磁材料需要特别加固,因此,永磁电动机的功率一般较小。有些永磁材料在高温作用下,会发生磁性衰退现象,电动机需要采取水冷却方式来控制温度在1 5 0℃以下。目前永磁材料的价格较高,因此永磁电动机及其控制系统的成本较高。

03开关磁阻电机

  开关磁阻电动机是一种新型电动机,在电动机的转子上,没有滑环、绕组等转子导体和永久磁铁等装置。它的结构比其他任何一种电动机都要简单,效率可以达到85%~93%,转速可以达到15000r/min,其转矩一转速特性好,在较宽的转速范围内,转矩、速度可灵活地控制,并有高的启动转矩和低的启动功率的机械特性;转子上没有励磁绕组和永磁体,结构简单坚固、可靠性好,质量轻,便于维修,成本较低。开关磁阻电动机的控制系统包括微处理器、位置检测器和电流检测器等电子器件,控制系统较复杂,调节性能和控制精度要求高。工作时转矩脉动大,噪声也较大,体积比同样功率的感应电动机要大一些。

  目前,正在开发水冷却开关磁阻电动机及其控制器和永磁开关磁阻电动机,其性能将进一步提高。随着现代制造技术、现代电子技术、控制理论、计算机和电子元器件的发展,电动机的控制系统正不断向自动化、集成化和小型化的方向发展。这将促进各种电动机及其控制系统不断地改进和完善,为电动汽车驱动系统提供更加宽广的选择范围。

04其他电机

  其他类型的特种电动机也可以作为电动汽车的驱动电动机,包括同步磁阻电动机、永磁阶跃电动机、横向磁通量电动机等特种电动机。但这些特种电动机需要特殊的驱动系统,且难与现有的各种电动机的驱动系统和传动系统协调工作,其生产技术和制造工艺也较复杂。但随着技术的进步和发展,电动汽车所需要的性能更好、效率更高、体积更小、质量更轻的新型电动机和驱动系统必然会研制和开发出来。

电动汽车驱动电机性能比较

项目 直流电动机 异步电动机 异步电动机 开关磁阻电动机
过载能力 较好
效率 较高
寿命
转速范围 较宽 较宽 较宽
功率范围 较宽
可靠性 较好
转矩/电流比
结构坚固性 较好
电动机外形尺寸
电动机质量
电动机成本
驱动控制成本
转矩/惯量比 较高

电动汽车额定电压选择

  在相同的输出功率条件下,动力电池组的电压高时,电流较低;相反,动力电池组的电压低时,电流较高。

  高电压、小电流系统的导线、接头、开关等电器元件可以细小一些,连接起来方便,但要求有更安全的防护措施,而且管理系统更复杂。低电压、大电流系统的导线、接头、开关等电器元件都比较大,连接要求也高,而且管埋系统相对较简单。电动机电压的选择主要依据车辆总体参数的要求来设计,车辆的自重、电池等相关参数确定后,才能确定电动机的电压、转速等参数。即当车辆的自重确定后,电池的个数就确定了,电动机的电压等级也随之确定。

  但总体要求是,尽可能提高电压等级,这样就可以使电动机在满足驱动要求的情况下,使电动机的功率小一点,电动机的电流也小一点,这样,电池的容量选择、安装空间、安装方式等就比较容易处理。

电动汽车额定转速选择

  根据电动汽车的速度、动力性能的要求,需要选择不同转速的驱动电动机。

01低速电动机

  低速电动机的转速为3000~6000r/min,扩大恒功率区的低速电动机额定转矩高、转子电流大、电动机的尺寸和重量较大。且相应的转换器、控制器的尺寸也较大,各种电器内在的损耗较大,但减速器的速比较小。一般低速电动机的转动惯量大、启动慢,停止也慢,用于电动汽车不太适宜。

02中速电动机

  中速电动机的转速为6000~10000r/min,它的各种参数介于低速电动机与高速电动机之间。通常电动汽车多采用中速电动机作为驱动电动机。

03高速电动机

  高速电动机的转速为10000r/min以上,扩大的恒功率区宽,尺寸和质量较小,相应的转换器、控制器的尺寸也较小,各种电器内在的损耗较小。而其减速器的速比要大大增加,通常需要采用行星齿轮传动机构。高速电动机的使用,主要受电磁材料的性能、高速轴承的承载能力的限制。一般高速电动机的转动惯量小,启动快,停止也快,电动汽车上常采用高速电动机作为驱动电动机。